(57)【要約】【課題】  受光チップを作り変えることなく分解能を変更する。【解決手段】  発光部から出射されて受光側集光レンズ１７に入射された光は、集光されて受光チップ２２に入射される。したがって、受光チップ２２への入射光束の幅を、従来の光結合装置の場合よりも狭くできる。その場合、実質的に受光チップ２２における受光面の幅を従来よりも狭くしたのと同じことになり、従来の光結合装置と同じ受光チップを用いて、分解能を小さくすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
上記発光素子からの光を受光側に導く発光側光学系と、
上記発光側光学系からの光を受ける受光素子と、
上記発光側光学系と上記受光素子との間に設けられて、上記発光側光学系からの光を上記受光素子に導くレンズ
を備えたことを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記受光素子は、１つの半導体チップで形成されたフォトダイオードを分割して成ると共に、互いに電気的に分離された複数の分割フォトダイオードで構成されている
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記レンズは凸レンズである
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記レンズは凹レンズである
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記レンズの位置を変更することによって、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更するレンズ位置変更手段を備えた
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記レンズは透明樹脂で形成されると共に、上記受光素子をモールドする透明樹脂と一体に形成されている
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光結合装置において、
上記受光素子が搭載されるリードフレームにおけるインナーリード部とアウターリード部との間に段差を設けて、上記段差の方向および大きさを変更することによって、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更可能にした
ことを特徴とする光結合装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光結合装置において、
上記レンズをフレネルレンズとした
ことを特徴とする光結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光学式エンコーダ等に使用される光結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータ等の回転体の速度を検出する装置として光電式ロータリーエンコーダがある(例えば、特公平３‐７６４２８号公報(特許文献１)参照)。この光電式ロータリーエンコーダにおいては、ディスクの回転方向に一定ピッチＰの間隔で穿設されたスリット幅１/２ピッチＰのスリットを通して、発光素子から放射された光を検出する少なくとも４個の受光素子を備えている。この４個の受光素子は、夫々略１/４ピッチＰの幅で同一半導体基板に一体的に形成されており、互いに電気的に分割されて電気的に独立している。更に、上記４個の受光素子は、同一円周上に上記スリットの配列方向に１/４ピッチＰの間隔で配置されている。そして、１つ置きの受光素子対からの受光信号を比較する２つの比較器を設けている。
【０００３】
図１６は、上述のような構成を有する光電式ロータリーエンコーダに使用される上記発光素子と受光素子とが一体に組み付けられた光結合装置の縦断面図である。この光結合装置は、以下のように構成されている。すなわち、発光側リードフレーム１上の先端部に発光素子が作り込まれたチップである発光チップ(図示せず)を搭載し、透明樹脂２で封止すると共に、透明樹脂２上における光出射側に発光側集光レンズ３を取り付けて、発光部４を構成する。一方、受光側リードフレーム５上の先端部に４個の受光素子が作り込まれたチップである受光チップ(図示せず)を搭載し、透明樹脂６で封止して、受光部７を構成する。そして、発光部４の発光側リードフレーム１と受光部７の受光側リードフレーム５とを発光部４の光軸と受光部７の光軸とが一致するように共通基板８で固定し、発光部４と受光部７とを外套ケース９で覆っている。
【０００４】
しかしながら、上記構成を有する従来の光電式ロータリーエンコーダにおいては、以下のような問題がある。すなわち、上記受光素子の受光面の幅の寸法は上記スリットの配列ピッチＰで決まり、延いては上記スリットの配列ピッチＰは上記受光素子の分解能で決まることになる。
【０００５】
したがって、上記スリットの配列ピッチＰの１/４が上記受光素子の分解能に合致しない場合には、その受光素子を光結合装置に使用することができず、上記スリットの配列ピッチＰの１/４に合致した分解能の受光面を有する受光チップ(すなわち、光結合装置)を新規に作製する必要があると言う問題がある。
【特許文献１】特公平３‐７６４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、この発明の課題は、受光チップを作り変えることなく分解能を変更できる光結合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、この発明の光結合装置は、発光素子と、上記発光素子からの光を受光側に導く発光側光学系と、上記発光側光学系からの光を受ける受光素子と、上記発光側光学系と上記受光素子との間に設けられて上記発光側光学系からの光を上記受光素子に導くレンズを備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、発光側光学系から受光側のレンズに入射された光は、上記レンズによって集光あるいは拡散されて受光素子に入射される。したがって、例えば、特定の分解能用のスリットよりも分解能の小さなあるいは大きなスリットを用いた場合でも、上記受光素子への入射光束の幅を、従来の光結合装置において上記特定の分解能用のスリットを用いた場合と同じにできる。したがって、上記受光素子における受光面の幅は、実質的に上記特定の分解能用の従来の光結合装置の場合と同じで良いことになる。すなわち、従来の光結合装置と同じ受光素子を用いて、分解能を小さくあるいは大きくすることができるのである。
【０００９】
また、１実施例の光結合装置では、上記受光素子は、１つの半導体チップで形成されたフォトダイオードを分割して成ると共に、互いに電気的に分離された複数の分割フォトダイオードで構成されている。
【００１０】
この実施例によれば、光学式エンコーダに適用可能な光結合装置における受光素子チップを新規に作製することなく、分解能を小さくあるいは大きくすることができる。
【００１１】
また、１実施例の光結合装置では、上記レンズは凸レンズである。
【００１２】
この実施例によれば、発光側光学系から凸レンズに入射された光は集光されて受光素子に入射される。したがって、従来の光結合装置と同じ受光素子を用いて、分解能を小さくすることができる。
【００１３】
すなわち、本実施例による光結合装置を光学式エンコーダに適用する場合には、本来高分解能を有する受光素子であっても低分解能用のスリットを用いた光学式エンコーダに適用することが可能になる。したがって、開発コストを削減することができる。
【００１４】
また、１実施例の光結合装置では、上記レンズは凹レンズである。
【００１５】
この実施例によれば、発光側光学系から凹レンズに入射された光は拡散されて受光素子に入射される。したがって、従来の光結合装置と同じ受光素子を用いて、分解能を大きくすることができる。
【００１６】
すなわち、本実施例による光結合装置を光学式エンコーダに適用する場合には、本来低分解能を有する受光素子であっても高分解能用のスリットを用いた光学式エンコーダに適用することが可能になる。したがって、開発コストを削減することができる。
【００１７】
また、１実施例の光結合装置では、上記レンズの位置を変更することによって、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更するレンズ位置変更手段を備えている。
【００１８】
この実施例によれば、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更して、上記受光素子への入射光束の幅を所望の幅に調節することができる。したがって、本実施例による光結合装置を光学式エンコーダに用いた場合には、スリットを通して上記受光素子に入射された光束の幅を、丁度上記スリットの幅の１/２に設定することができる。したがって、上記スリットの移動速度,移動方向および位置等の検出精度を高めることができる。
【００１９】
また、１実施例の光結合装置では、上記レンズは透明樹脂で形成されると共に、上記受光素子をモールドする透明樹脂と一体に形成されている。
【００２０】
この実施例によれば、上記受光素子側のレンズは、上記受光素子と一体成型(トランスファモールド)によって形成することが可能になる。したがって、レンズの作成と取り付けの必要が無く、生産性の向上とコストダウンとを図ることができる。
【００２１】
また、１実施例の光結合装置では、上記受光素子が搭載されるリードフレームにおけるインナーリード部とアウターリード部との間に段差を設けて、上記段差の形成方向および大きさを変更することによって、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更可能にしている。
【００２２】
この実施例によれば、上記レンズと上記受光素子との間の距離を変更して、上記受光素子への入射光束の幅を所望の幅に調節することができる。したがって、本実施例による光結合装置を光学式エンコーダに用いた場合には、スリットを通して上記受光素子に入射された光束の幅を、丁度上記スリットの幅の１/２に設定することができる。したがって、上記スリットの移動速度,移動方向および位置等の検出精度を高めることができる。
【００２３】
また、１実施例の光結合装置では、上記レンズをフレネルレンズとしている。
【００２４】
この実施例によれば、上記受光側のレンズの厚みを薄く形成することができる。したがって、受光部のパッケージ厚みも薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上より明らかなように、この発明の光結合装置は、発光側光学系と受光素子との間に設けられて上記発光側光学系からの光を上記受光素子に導くレンズを備えているので、上記受光素子への入射光束の幅を、上記レンズがない従来の光結合装置よりも狭く(凸レンズの場合)あるいは広く(凹レンズの場合)できる。したがって、従来の光結合装置と同じ受光素子を用いて、分解能を小さくあるいは大きくすることができる。
【００２６】
すなわち、この発明の光結合装置を光学式エンコーダに適用した場合には、同じ受光素子を用いて低分解能用あるいは高分解能用のスリットを用いた光学式エンコーダに適用することが可能になる。したがって、開発コストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の光結合装置における縦断面図である。この光結合装置は、光通過路２１を有し、この光通過路２１内を通過するディスク(図示せず)の回転速度,回転方向および回転位置等を検出する光学式ロータリーエンコーダに使用される。
【００２８】
発光側リードフレーム１１上の先端部に発光素子が作り込まれた発光チップ(図示せず)を搭載し、透明樹脂１２で封止すると共に、透明樹脂１２における光出射側に発光側集光レンズ１３を取り付けて、発光部１４を構成する。一方、受光側リードフレーム１５上の先端部に例えば４個の受光素子が作り込まれた受光チップ(図示せず)を搭載し、透明樹脂１６で封止して受光部１８を構成する。ここで、本実施の形態においては、受光部１８の透明樹脂１６上における光入射側に、凸レンズでなる受光側集光レンズ１７を取り付けている。そして、発光部１４の発光側リードフレーム１１と受光部１８の受光側リードフレーム１５とを、受光側集光レンズ１７が発光側集光レンズ１３に対向するように共通基板１９で固定し、発光部１４と受光部１８とを外套ケース２０で覆っている。
【００２９】
その際に、上記外套ケース２０における発光部１４と受光部１８との間には、光学式ロータリーエンコーダのスリットが形成された上記ディスクが通過するための光通過路２１が設けられている。そして、発光ダイオード等でなる上記発光素子の発光面から出射された光は、発光側集光レンズ１３によって集光されて光通過路２１まで進む。そして、光通過路２１内で回転する上記ディスクのスリットを通過した光は受光部１８側に進み、受光側集光レンズ１７によって集光されて上記受光チップの４個の受光素子の受光面に入射する。ここで、上記４個の受光素子は、例えば、１つの半導体チップで形成されたフォトダイオードを４個に分割してなる、互いに電気的に分離された４個の分割フォトダイオード等で構成されている。
【００３０】
図２は、上記受光部１８における受光側集光レンズ１７の光軸に沿った横断面を示す。図２に示すように、受光側集光レンズ１７に入射された光は、受光側集光レンズ１７によって集光されて受光チップ２２に入射される。したがって、例えば、特定の分解能用のスリットよりも分解能の小さなスリットを用いた場合でも、受光チップ２２への入射光束の幅を、図１６に示す従来の光結合装置において上記特定の分解能用のスリットを用いた場合と同じにできる。したがって、受光チップ２２における受光面の幅は、実質的に上記特定の分解能用の従来の光結合装置の場合と同じで良いことになる。
【００３１】
すなわち、本実施の形態によれば、従来の光結合装置と同じ受光チップを用いて、分解能を小さくすることができるのである。したがって、受光チップを新規に作製することなく、本来高分解能を有する受光チップであっても低分解能用のディスクを用いた光学式ロータリーエンコーダに適用することが可能となる。つまり、受光側集光レンズ１７の有無によって、同じ受光チップを用いて高分解能用の光結合装置と低分解能用の光結合装置とを形成することができ、コストダウンを図ることができるのである。
【００３２】
図３は、図１および図２とは異なる実施の形態を示す。図３において、図１と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本実施の形態における受光部２６では、透明樹脂１６上における光入射側に、凹レンズでなる受光側拡散レンズ２５を取り付けている。また、図４は、受光部２６における受光側拡散レンズ２５の光軸に沿った横断面を示す。図４に示すように、受光側拡散レンズ２５に入射された光は、受光側拡散レンズ２５によって拡散されて受光チップ２２に入射される。したがって、例えば、特定の分解能用のスリットよりも分解能の大きなスリットを用いた場合でも、受光チップ２２への入射光束の幅を、図１６に示す従来の光結合装置において上記特定の分解能用のスリットを用いた場合と同じにできる。したがって、受光チップ２２における受光面の幅は、実質的に上記特定の分解能用の従来の光結合装置の場合と同じで良いことになる。
【００３３】
したがって、本実施の形態によれば、従来の光結合装置と同じ受光チップを用いて、分解能を大きくすることができる。すなわち、受光チップを新規に作製することなく、本来低分解能を有する受光チップであっても高分解能用のディスクを用いた光学式ロータリーエンコーダに適用することが可能となる。つまり、上記受光側拡散レンズ２５の有無によって、同じ受光チップを用いて高分解能用の光結合装置と低分解能用の光結合装置とを形成することができ、コストダウンを図ることができるのである。
【００３４】
また、同じ受光チップを用いて、受光側集光レンズ１７を取り付けた光結合装置と、取り付けない光結合装置と、受光側拡散レンズ２５を取り付けた光結合装置とを作成することによって、高分解能用の光結合装置と中分解能用の光結合装置と低分解能用の光結合装置とを形成することができる。
【００３５】
図５は、図１および図２に示す光結合装置の変形例を示す。図５において、図１と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本実施の形態においては、受光側集光レンズ１７を光軸に沿ってレンズ位置変更手段(図示せず)によって移動可能になっている。この場合における上記レンズ位置変更手段の具体的構成は、特に限定するものではない。例えば、受光側集光レンズ１７のフレームに穴を設けてこの穴内に雌ネジを形成し、雄ネジが形成されたロッドを上記雌ねじに螺合させると共に両端を外套ケース２０に回転可能に取り付ければ、ハンドル等によって上記ロッドを回転させることによって受光側集光レンズ１７を移動可能にすることができる。
【００３６】
このような構成によれば、上記受光側集光レンズ１７の受光チップ２２に対する距離を微調整することでき、受光チップ２２への入射光束の幅を微調整することが可能になる。したがって、本光結合装置を、上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダに適用した場合には、一定ピッチＰの間隔で穿設されたスリット幅１/２ピッチＰのスリットを通して受光チップ２２へ入射された光束の幅を、丁度１/４ピッチＰに設定することができる。したがって、上記ディスクの回転速度,回転方向および回転位置等の検出精度を高めることができるのである。
【００３７】
図６は、図５における上記レンズ位置変更手段を図３および図４に示す受光側拡散レンズ２５に適用した変形例を示す。図６の場合にも受光側拡散レンズ２５の受光チップ２２に対する距離を微調整することができ、受光チップ２２への入射光束の幅を微調整することが可能になる。したがって、本光結合装置を、上記特許文献１に開示された光電式ロータリーエンコーダに適用した場合には、一定ピッチＰの間隔で穿設されたスリット幅１/２ピッチＰのスリットを通して受光チップ２２へ入射された光束の幅を、丁度１/４ピッチＰに設定することができる。その結果、上記ディスクの回転速度,回転方向および回転位置等の検出精度を高めることができるのである。
【００３８】
図７は、図１および図２とは異なる実施の形態を示す。図７において、図１と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本実施の形態における受光部３２では、受光チップ(図示せず)を封止する透明樹脂３１の光入射側に、凸状の光集光部を有するレンズ樹脂部３１aを一体に形成している。図８は、受光部３２におけるレンズ樹脂部３１aの光軸に沿った横断面を示す。図８に示すように、透明樹脂３１のレンズ樹脂部３１aに入射された光は、レンズ樹脂部３１aによって集光されて受光チップ２２に入射される。
【００３９】
したがって、本実施の形態によれば、図１及び図２に示す実施の形態の場合と同様に、受光チップを新規に作製することなく、本来高分解能を有する受光チップであっても低分解能用のディスクを用いた光学式ロータリーエンコーダに適用することが可能となる。さらに、光を集光するレンズ樹脂部３１aを受光チップ封止用の透明樹脂３１と一体成型することによって、図１および図２に示す光結合装置の場合のような受光側集光レンズ１７の作成と取り付けとの必要が無く、生産性の向上とコストダウンとを図ることができる。
【００４０】
ところで、図７および図８に示す実施の形態の場合には、上記受光チップを封止する透明樹脂３１とレンズ樹脂部３１aとを一体に成型しているために、図５および図６に示す光結合装置の場合のように、上記レンズ位置変更手段を設けてレンズ樹脂部３１aの受光チップ２２に対する距離を微調整することができない。そこで、この場合には、図９に示すように、受光側リードフレーム１５における透明樹脂３１で封止されるインナーリード部１５aと透明樹脂３１で封止されないアウターリード部１５bとの境界部分で受光側リードフレーム１５を折り曲げて、インナーリード部１５aの受光チップ２２搭載面とアウターリード部１５bの面とに段差１５cを設け且つ上記両面を平行に配置している。そうすることによって、破線１５aおよび一点鎖線１５a'で示すように、アウターリード部１５bに対する段差１５cの形成方向(曲げ方向)と大きさとを変更することによって、レンズ樹脂部３１aの受光チップ２２に対する距離を微調整することでき、受光チップ２２への入射光束の幅を微調整することが可能になるのである。
【００４１】
図１０および図１１は、図７および図８におけるレンズ樹脂部の概念を図３および図４に示す光結合装置に適用した実施の形態を示す。図１０および図１１において、図３および図４と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本実施の形態における受光部３６では、受光チップ２２を封止する透明樹脂３５の光入射側に、凹状の光拡散部を有するレンズ樹脂部３５aを一体に形成している。そして、図１１に示すように、透明樹脂３５のレンズ樹脂部３５aに入射された光は、レンズ樹脂部３５aによって拡散されて受光チップ２２に入射される。
【００４２】
したがって、本実施の形態によれば、図３及び図４に示す実施の形態の場合と同様に、受光チップを新規に作製することなく、本来低分解能を有する受光チップであっても高分解能用のディスクを用いた光学式ロータリーエンコーダに適用することが可能となる。さらに、受光チップ封止用の透明樹脂３５に光を拡散するレンズ樹脂部３５aを一体成型することによって、図３および図４に示す光結合装置の場合のような受光側拡散レンズ２５の作成と取り付けとの必要が無く、生産性の向上とコストダウンとを図ることができる。
【００４３】
尚、この場合も、図９に示すように、上記受光側リードフレーム１５におけるインナーリード部１５aとアウターリード部１５bとの境界部分で折り曲げて段差１５cを設け、アウターリード部１５bに対する段差１５cの形成方向と大きさとを変更することによって、レンズ樹脂部３５aの受光チップ２２に対する距離を微調整することでき、受光チップ２２への入射光束の幅を微調整することが可能になる。
【００４４】
図１２および図１３は、図１および図３とは異なる実施の形態を示す。図１２および図１３において、図１と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本例では、受光側集光レンズ４１および受光側拡散レンズ４３をフレネルレンズで構成している。したがって、図１に示す受光側集光レンズ１７および図３に示す受光側拡散レンズ２５(図１２および図１３中に破線で示す)の厚みよりも受光側集光レンズ４１および受光側拡散レンズ４３の厚みを薄くできる。したがって、結果的に受光部４２,４４のパッケージ厚みを薄くすることができるのである。
【００４５】
また、図１４および図１５は、図７および図１０とは異なる実施の形態を示す。図１４および図１５において、図１と同じ部材には同じ番号を付して説明は省略する。本例においては、透明樹脂４５と一体に形成された集光用のレンズ樹脂部４５a、および、透明樹脂４７と一体に形成された光拡散用のレンズ樹脂部４７aを、フレネルレンズで構成している。したがって、図７に示すレンズ樹脂部３１aおよび図１０に示す樹脂部３５a(図１４および図１５中に破線で示す)の厚みよりもレンズ樹脂部４５a,４７aの厚みを薄くできる。したがって、結果的に受光部４６,４８のパッケージ厚みを薄くすることができるのである。
【００４６】
尚、本実施の形態においては、本光結合装置を光学式ロータリーエンコーダに適用した場合を例に説明しているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、直線移動用のエンコーダにも適用できるし、受光素子が１個の光結合装置にも適用できる。さらに、本実施の形態においては、この発明を透過型の光結合装置に適用した場合を例に説明しているが、反射型の光結合装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態の光結合装置における縦断面図である。
【図２】図１における受光部の横断図である。
【図３】図１とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図４】図３における受光部の横断図である。
【図５】図１および図２に示す光結合装置の変形例の説明図である。
【図６】図３および図４に示す光結合装置の変形例の説明図である。
【図７】図１および図３とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図８】図７における受光部の横断図である。
【図９】図７および図８に示す光結合装置の変形例の説明図である。
【図１０】図１,図３および図７とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図１１】図１０における受光部の横断図である。
【図１２】図１,図３,図７および図１０とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図１３】図１,図３,図７,図１０および図１２とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図１４】図１,図３,図７,図１０,図１２および図１３とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図１５】図１,図３,図７,図１０および図１２〜図１４とは異なる光結合装置における縦断面図である。
【図１６】従来の光結合装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１…発光側リードフレーム、
１２,１６,３１,３５,４５,４７…透明樹脂、
１３…発光側集光レンズ、
１４…発光部、
１５…受光側リードフレーム、
１７,４１…受光側集光レンズ、
１８,２６,３２,３６,４２,４４,４６,４８…受光部、
１９…共通基板、
２０…外套ケース、
２１…光通過路、
２２…受光チップ、
２５,４３…受光側拡散レンズ、
３１a,３５a,４５a,４７a…レンズ樹脂部。
【図１】
2005353630.tif 000003
【図２】
2005353630.tif 000004
【図３】
2005353630.tif 000005
【図４】
2005353630.tif 000006
【図５】
2005353630.tif 000007
【図６】
2005353630.tif 000008
【図７】
2005353630.tif 000009
【図８】
2005353630.tif 000010
【図９】
2005353630.tif 000011
【図１０】
2005353630.tif 000012
【図１１】
2005353630.tif 000013
【図１２】
2005353630.tif 000014
【図１３】
2005353630.tif 000015
【図１４】
2005353630.tif 000016
【図１５】
2005353630.tif 000017
【図１６】
2005353630.tif 000018